100%的可再生电网可及,但需要政府资助

100%的可再生电网可及,但需要政府资助
通过正确的混合,电网可以完全可再生,与化石燃料具有相同的成本和可靠性。 如果/维基共享资源

在一个 致全国新闻俱乐部的演讲总理马尔科姆·特恩布尔(Malcolm Turnbull)宣布,澳大利亚电力系统的关键要求是价格合理,可靠且能够帮助实现国家减排目标。 他还强调,实现这些目标的努力应该是“技术不可知的”,也就是说,无论是基于化石燃料,可再生能源还是其他技术,都应根据实际情况选择最佳解决方案。

实际上,现代风能,太阳能光伏发电(PV)和海上抽水蓄能(PHES)可以在没有英雄假设的情况下满足这些要求,其成本与化石燃料发电站相当。

特恩布尔及其政府也正确地确定了能量存储是支持高系统可靠性的关键。 风能和太阳能是间歇性的发电源,虽然我们在数秒到数周的时间尺度上预测风和日照的情况越来越好,但仍然需要存储以便在风和光的高穿透率的供需之间取得适当的平衡。

一旦电力生产的可变可再生能源成分超过50%,储存就变得重要。 澳大利亚目前有关 18%的电力来自可再生能源 - 雪山和塔斯马尼亚的水电,风能和不断增加的屋顶光伏装置数量。

与此同时,在南澳大利亚,可再生能源已经达到50%左右 - 主要是风能和光伏发电 - 因此该州现在有一个潜在的经济机会,可以为电网增加储能。

推送存储

为了帮助实现这一潜力,在南澳大利亚州和其他地方,清洁能源金融公司(CEFC)和澳大利亚可再生能源机构(ARENA) 将花费20百万美元的公共资金 在提供灵活的能力和大规模储能项目方面具有商业可行性,包括抽水电和电池。

PHES构成 97%的全球电力储存量。 特斯拉Powerwall等家用蓄电池的零售市场正在增长,但大型蓄电池仍比PHES昂贵得多。 “越野”抽水电站在澳大利亚和许多其他国家有着光明的未来,因为有 很多合适的网站.


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风能和光伏发电在新的低排放发电方面是压倒性的赢家,因为它们的成本低于替代品。 实际上,光伏和风能是2015和XNUMX安装的世界新一代发电容量的一半 几乎所有新一代产能都安装在澳大利亚.

最近,我们模拟了国家电力市场(NEM)的100%可再生能源情景。 在这种情况下,风能和光伏发电提供90%的年度电力,现有的水电和生物能源提供了平衡。 在我们的建模中,我们通过仅包括已经以大于100千兆瓦的数量部署的技术(即风,PV和PHES)来避免关于未来技术开发的英雄假设。

这些技术可以获得可靠的最新定价,而且我们的成本估算比使用技术部署和成本降低预测的模型更加强大,这些模型与当今的实际情况大不相同。

在我们的建模中,我们使用2006-10年中每小时的风,太阳和需求的历史数据。 通过网络非常广泛地分配PV和风,通过利用不同的天气系统减少了供应短缺。 通过增加足够的PHES,高压输电能力以及过剩的风能和光伏发电容量来维持供需之间的能源平衡。

不是一份昂贵的工作

我们工作的主要成果是,每小时而不是每年平衡可再生能源供应与需求之间的额外成本是适度的:每兆瓦时(兆赫时)的25-30。 重要的是,这个成本是一个上限,因为我们没有考虑使用 需求管理 或电池,以更好地平滑供需。

更重要的是,这一估计成本的很大一部分与连续几天的阴天和无风天气有关,这些天气每隔几年就会发生一次。 我们可以通过合同减载,偶尔使用传统煤炭和天然气发电机为PHES油箱充电,以及管理电动汽车电池的充电时间来进一步减少。

使用澳大利亚普遍采用的2016价格,我们估计100%可再生能源未来的能源平准化成本(包括每小时平衡成本)为每兆瓦时93。 风能和光伏发电的成本继续迅速下降,因此在2020之后,这个价格很可能接近每兆瓦时的75。

至关重要的是,这与澳大利亚一个新的超临界黑煤电站的相应估计数字相当,该电站已被放置在 每兆瓦时$ 80.

同时,围绕风能,光伏和PHES以及现有水电开发的系统可提供与当今网络相同的可靠性。 PHES还可以提供许多能够实现可靠能源系统的服务:出色的惯性能量,旋转备用,快速启动,黑启动能力,电压调节和频率控制。

老龄化系统

澳大利亚的化石燃料船队正在老化。 一个很好的例子是 正在关闭49年前的Hazelwood褐煤发电站 在维多利亚的拉特罗布山谷。 一个 ACIL Allen向澳大利亚政府报告 列出了每个发电站的技术寿命,并显示澳大利亚三分之二的化石燃料发电能力将在未来二十年内达到其技术寿命的终点。

替换这些工厂的实际选择是化石燃料(煤和天然气)或现有的大规模可再生能源(风能和光伏)。 可再生能源已经具有经济竞争力,而且2030显然会更便宜。

与能源有关的温室气体排放量约占澳大利亚总排放量的84%。 城市地区的发电,陆地运输和供暖占总排放量的55%。 将这三种能量函数转换为可再生能源比能量系统的其他组件更容易。

运输和城市供暖可以分别通过部署电动汽车和热泵来实现。 电热泵是 已经为太空和水加热市场的天然气提供了强有力的竞争。 重要的是,这些装置在车辆中具有电池形式的大规模存储,并且 热惯性 在水和建筑物。 这些技术变革的良好整合采用将有助于进一步降低电价。

因此,风能,光伏和PHES共同提供可靠性和经济性,以匹配当前的电力系统。 此外,它们还能以低成本大幅削减排放量,远远超出澳大利亚的排放量 现有的气候目标.谈话

作者简介

Andrew Blakers,工程学教授, 澳大利亚国立大学; 陆斌,博士候选人, 澳大利亚国立大学和马修股票,澳大利亚国立大学工程与计算机科学学院研究员, 澳大利亚国立大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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